Energía Térmica: Fundamentos y Aplicaciones
Definimos la energía de un sistema físico como la capacidad de realizar un trabajo que tiene dicho sistema. La energía la denotaremos por la letra E.
Unidades de Medida
BTU (British Thermal Unit): Es de uso más reducido, tan solo en los EE. UU., donde lo usan para medir la energía calorífica de aparatos calefactores en el sistema de medidas anglosajón.
Importancia de la Energía Térmica
La energía que mayor consumo tiene por el ser humano, después de la eléctrica, es la energía térmica, ya que gracias a ella obtenemos el calor necesario para poder vivir confortablemente en invierno, cocinamos nuestros alimentos para nutrirnos y la utilizamos, sobre todo, para generar otros tipos de energía.
Para producirla o almacenarla, hasta ahora, nuestra sociedad se ha apoyado bastante en el consumo de combustibles fósiles.
Mecanismos de Transferencia de Energía Térmica
No debemos olvidar que una vez producida la energía térmica debemos transportarla. En cuanto a los mecanismos de transferencia de la energía térmica son tres: convección, radiación y conducción.
Convección
Se produce en fluidos (líquidos o gaseosos) y provoca movimiento en el fluido entre las zonas de mayor temperatura y las de menor, en un intento de igualar la temperatura entre ambas zonas. Cuando ponemos una cazuela con agua al fuego, el agua caliente que está en la base se desplaza hacia la parte superior donde está el agua fría, obligando a que esta descienda y así sucesivamente. El fluido con mayor temperatura tiene a sus partículas moviéndose más rápido, más separadas y, por lo tanto, es menos denso; por eso va hacia arriba, mientras que el más frío y denso se hunde.
Orientación y Aislamiento
Orientación adecuada: en regiones frías se buscará siempre que la mayor cantidad de ventanas posible estén orientadas al sur, ya que en invierno el sol traza en el cielo una curva este-oeste muy baja en el horizonte, pasando por el sur. En regiones cálidas se buscarán zonas de sombra natural para resguardar las viviendas y se evitará la orientación al sur.
El Color y su Influencia
El color: en regiones frías optaremos por los colores más bien oscuros, pues son los que más absorben la radiación solar y así el calor recogido por las paredes se transmitirá al interior de la vivienda. En regiones cálidas es preferible optar por pintar con colores claros o incluso blanco puro. Las cortinas y persianas tienen un papel complementario. Al ponerse el sol, el calor dentro de las viviendas empieza a ser radiado al exterior a través de las ventanas, por muy buenos que sean los cristales. Si cerramos a la puesta de sol las cortinas, o mejor aún, las persianas, mantendremos unos niveles de confort y calor agradables; de la misma forma que bajar las cortinas durante las horas de mayor radiación, protege del exceso de radiación en el interior de la vivienda.
Dilatación Térmica
Como ya hemos dicho, el principal efecto mecánico de la energía térmica sobre la materia es la dilatación: consiste en el aumento de longitud que experimenta un cuerpo sometido a un incremento de energía calorífica.
Muchas estructuras construidas con varillas metálicas, como puentes o las antiguas vías para ferrocarril, no pueden tener la longitud que uno desee, sino que en determinados puntos deben estar cortadas dejando una pequeña separación para que se puedan dilatar.
Esta separación es lo que en construcción se conoce como junta de dilatación, que seguramente habrás apreciado en todos los puentes por los que has pasado, ya que se ven como unas líneas negras perpendiculares al sentido de la marcha.
Fuentes de Energía y su Impacto
Las fuentes de energía no renovables son aquellas que proceden de recursos naturales, que una vez consumidos no se pueden regenerar, pues son limitados. Además, en su consumo se producen sustancias contaminantes para el medioambiente.
Así se produjo el gran progreso de la sociedad durante la llamada Revolución Industrial, que comenzó durante la segunda mitad del siglo XVIII en Inglaterra. La forma de producir energía durante este tiempo consistía fundamentalmente en consumir combustibles fósiles, como el petróleo, el carbón o el gas natural, que en aquel momento parecían recursos inagotables y no se planteaban los efectos medioambientales que podía acarrear su uso indiscriminado. Todas las industrias quemaban estos combustibles para mover grandes máquinas de vapor, que a su vez movían la maquinaria de las fábricas de todo el mundo industrializado.
No fue hasta los años 70 del siglo XX cuando los seres humanos empezaron a tener conciencia de lo que suponía un uso intensivo de combustibles fósiles, tanto a nivel industrial como a nivel de transporte, actividades ambas que producían una enorme cantidad de emisiones de gases contaminantes, como el dióxido de carbono que acelera el efecto invernadero o los fluorocarbonados de los antiguos sprays, que provocan la destrucción de la capa de ozono.
Energía Nuclear
Otra energía que intentó sustituir a las de origen fósil fue la nuclear, que utiliza elementos radioactivos para generar reacciones nucleares de fisión. Produce gran cantidad de energía térmica, pero sus residuos son altamente peligrosos y su efecto dura miles de años. Accidentes como el de Chernóbil en abril de 1986 o Fukushima en marzo de 2011 han hecho que muchos países se planteen muy seriamente el cerrar sus centrales nucleares.
Conversiones de Unidades
- 1 caloría = 4,18 J
- 1 frigoría = 4,18 J
- 1 kW · h = 3,6 · 106 J
- 1 BTU = 1055,056 J